JP2008153742A - 画像記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】記録解像度の高密度化に対応し、細線再現性が低下することのない画像形成装置を提供すること。
【解決手段】２ｐｉｘｅｌ幅の横方向の注目ライン（ａ）および斜め方向の注目ライン（ｂ）に対し、１（横）ｘ４（縦）ｐｉｘｅｌの検出パターンによるパターンマッチング（ｃ）を行って線幅補正する。さらに、１ｐｉｘｅｌを高輝度化するよう線幅補正に加えて輝度変調を実施し、光量補正する。
【選択図】図５

Description

本発明は画像形成装置に関する。特に詳細には、本発明は、例えば複写機、プリンタ、ファクシミリ、製版システムなどに用いられる電子写真方式の画像形成装置に関する。

高速、高画質な画像形成装置として、電子写真方式を採用した複写機やレーザビームプリンタが知られている。近年、デジタルコンテンツがオフィスや家庭で一般的なものとなったことで、これら電子写真画像記録装置の高画質化への要求はさらに高まり、１２００ｄｐｉ，２４００ｄｐｉ，３６００ｄｐｉなど、記録解像度の高密度化が進んでいる。

電子写真画像記録装置は、像担持体にレーザビームなどにより光を照射し、そのとき光が照射された量により画像が記録されるもので、文字などの２値的な画像から、写真などの中間調を含んだ画像まであらゆる画像を形成することができる。

中間調を再現する方法として具体的には、ディザ法、濃度パターン法などを用いることができ、各画素について多値出力することで良好な出力画像を得ることができる。

このときの多値データを照射光量に変換する方式としては、パルス幅変調方式（ＰＷＭ）、パワー変調方式（ＰＭ）、あるいはその両者を組み合わせた光量制御方式が、提案上梓されている。

また近年の、記録解像度の高密度化、高画質化への要求に伴なって、ハイライト領域での良好なドット再現性の実現が課題となり、様々な技術が提案されている。

レーザパワーの変調手段を利用した画像形成装置としては下記の様なものが開示されている。

特許文献１には、パルス幅変調手段とレーザパワー制御手段とを備えた画像記録装置が記載されている。このパルス幅変調手段は、複数ビットの画像データのうちの所定ビットの画像データに基づき、半導体レーザの駆動信号パルス幅を制御する。このレーザパワー制御手段は、複数ビットの画像データのうちの他のビットの画像データに基づき、半導体レーザの駆動信号振幅を制御する。

特許文献２には、光強度変調と同時にパルス幅変調を行う画像出力装置において、入力された制御信号により１ドット当たりの出力階調数を切り替える出力モード切り替え手段を備えた画像出力装置が記載されている。

特許文献３には、パワー変調とパルス幅変調との組み合わせで露光量の制御を行うとき、低濃度領域のみパワー変調のビット数を増やすことにより、低濃度での画像の滑らかさを実現する技術が記載されている。

特許文献４、５には、ａ−Ｓｉ感光体を用いた際に、半導体レーザの光出力立ち上がり部に、露光強度のオーバーシュートを持たせることで、微小ドットの再現性を向上させる技術が記載されている。

特許文献６には、半導体レーザの各発光点毎にレーザの光出力波形にオーバーシュートを発生させ、レーザ発光の立ち上がりの光強度を定常発光時よりも強くする技術が記載されている。

特許２６９８０９９号明細書 特開平９−１１６７５０号公報 特開２００１−１３００５０号公報 特開２００２−３６１９２２号公報 特開２００２−３６１９２５号公報 特開２００３−２６６７６３号公報

上記の通りハイライト領域に対する補正技術については様々なものが提案されているが、繰り返しの高密度細線、小ポイント文字の高密度領域については再現性の向上が図られておらず、また、孤立細線、孤立ドットの再現性についても効果が十分ではない。

特に、２４００ｄｐｉ，３６００ｄｐｉなど、記録解像度の高密度化が進んだとき、低密度で記録をした場合に比べ細線再現性が低下するケースが発生し、この様なケースへの対応が実現できていない。

本発明の目的は、記録解像度の高密度化に対応し、細線再現性が低下することのない画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成する本発明の一態様は、入力画像に応じて駆動される発光素子からの光で像坦持体を露光走査して形成した潜像に基づいて記録媒体に出力画像を形成する画像形成装置において、前記入力画像の注目ラインを細線化する細線化手段、および、細線化された該注目ラインについて、前記発光素子の発光強度を補正して該強度を高輝度化する輝度補正手段を備えたことを特徴とする。

ここで、前記注目ラインを、フィルタ処理を用いて決定することができる。また、前記注目ラインを、パターンマッチングを用いて決定することができる。また、前記注目ラインを、該ラインの長さ方向に対して垂直な方向に配列されたｎ画素からなる検出パターンを用いて検出し、検出した前記注目ラインを該垂直な方向に配列されたｎ画素よりも少ない画素からなる置換パターンに置き換えて細線化し、該ｎ画素よりも少ない画素のうち少なくとも１つを除いた画素について前記発光素子の発光強度を補正することができる。また、前記入力画像の文字部を判定する判定手段をさらに備え、判定された該文字部について前記注目ラインを決定することができる。また、前記注目ラインの幅は０画素相当幅またはそれよりも狭くすることができる。

本発明によれば、高密度の記録解像度で出力する画像記録装置において、入力画像の注目ラインが細線化され、かつ、注目ラインについて発光素子の発光強度の高輝度化が行われることで、入力画像の孤立細線や繰り返しの高密度細線の再現性を向上させることができ、高精細な文字や細線再現を実現することが可能となる。

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
図１は本発明を適用し得る画像形成装置の概略構成を表わす構成図である。本画像形成装置は像担持体である感光ドラム１１とその周りに配置された帯電ユニット１２，画像露光ユニット１７，現像ユニット１９，現像ローラ１３，転写ユニット１４，及び定着ユニット１５，クリーニングユニット１６から成る電子写真記録装置である。

感光ドラム１１は導電性の支持基体を最下層として、電荷発生層、電荷輸送層のように２層構造よりなる機能分離タイプのものや、単層型のものが使用できる。

帯電ユニット１２としては、ワイヤと電界制御グリッドよりなるコロナ帯電器を用いたコロナ帯電方式、像担持体に接触させた帯電ローラに、直流あるいは直流と交流の重畳バイアスを印加して帯電するローラ帯電方式などが使用できる。

露光走査のための画像露光ユニット１７としては、半導体レーザを使用したスキャナタイプのものや、ＬＥＤに集光装置であるセルフォックレンズを介して像露光を行うもの、また、ＥＬ素子やプラズマ発光素子など、その他の光学系を使用することができる。

現像ユニット１９としては、磁性１成分の非接触現像方式、磁性接触現像方式、非磁性１成分の非接触現像方式、非磁性１成分の接触現像方式のもの、あるいは２成分現像方式のものを使用することができる。磁性１成分の非接触現像方式は、磁性トナーを磁力により搬送し、現像ニップにて非接触で像担持体上に飛翔現像させるものである。磁性接触現像方式は、現像ニップで像担持体に接触させて現像処理を行うものである。非磁性１成分の非接触現像方式は、非磁性トナーをブレードにより規制し帯電させ、現像スリーブに担時して搬送し現像ニップにおいて非接触でトナーを飛翔現像させるものである。非磁性１成分の接触現像方式は、現像ニップで像担持体に接触させ現像処理を行うものである。２成分現像方式は、同じく非磁性トナーを磁性粉体であるキャリアに混合させ同じく現像スリーブで現像ニップまで搬送し現像処理を行うものである。

転写ユニット１４としては、電気的な力あるいは機械的な力を利用した転写方式を使用することができる。電気的な力を利用して転写を行う方法として、コロナワイヤによりトナーの帯電極性と逆極性の直流バイアスを印加して転写を行うコロナ転写方式、または、ローラを当接させ、トナーと逆極性のバイアスを印加するローラ転写方式のものを使用することができる。

定着ユニット１５としては、対向する２本のローラの当節部に記録媒体である記録紙を通し熱や圧力によってトナーを記録材に定着させる方式や、非接触のヒータやランプを用いて記録材にトナーを加熱定着させる方式が使用可能である。また記録材を挟むユニットとしてベルト状のものを使用し、熱や圧力をかけて定着させることも可能である。

図２は、図１の装置に使用される、半導体レーザを使用したスキャナタイプの画像露光ユニットの詳細を示す図である。

図２に示すように、走査光学系である画像露光ユニット１７は、半導体レーザ２１，高速回転するポリゴンミラー２４，ｆ−θレンズ２５からなる。例えばＣＣＤラインセンサを含む画像処理部１０（図１）を介して入力された画像データに基づき、半導体レーザ駆動制御部２０からのレーザ駆動信号に基づいて半導体レーザ２１がレーザ光を明滅する。半導体レーザ２１から放射されたレーザ光束は、コリメータレンズ２２にて略平行光とされ、シリンドリカルレンズ２３によりポリゴンミラー２４上に集光される。そして、一定速度で回転するポリゴンミラー２４上を反射及び偏向され、ｆ−θレンズ群２５を通り、折り返しミラー１８で再び偏光されて感光ドラム１１上にスポット状に結像され、所定の方向（走査方向２８）に等速度で走査される。参照符号２６は折り返しミラー位置を、参照符号２７は感光ドラム１１の像面を示す。

なお、半導体レーザ駆動制御部２０は、ＣＰＵとＲＯＭとＲＡＭとから構成されている。ＣＰＵは、詳細は後述するデータ補正や文字画像の判定、およびレーザ駆動制御を行う。ＲＯＭは、ＣＰＵの制御プログラムや各種制御データを格納している。ＲＡＭには、ＣＰＵが制御を実行時に使用する作業領域や各種テーブルなどの領域が定義されている。

ここで、入力画像を中間調処理する方法としては、様々なものが使用可能である。通常最も多く用いられる画像処理方法として、ディザ法（Dither Method）と濃度パターン法（Dot Pattern Method）とがある。ディザ法は、読み取った入力信号の１画素を２値記録用の１画素に対応させて出力する際に、ｍ×ｍの閾値データに基づいて１画素のオン又はオフを決定するものである。

このときのレーザ発光のパルス幅は階調により制御されるが、そのときの発光位置は画素中の“中央”、“左”、“右”と、マトリックスパターン内の画素位置や周辺画素の影響を考慮して設定可能である。

さらに、誤差拡散法やブルーノイズマスクを用いた画像形成手法を用いることも、本実施形態で実現される高精細画像出力には好適である。

エンジン解像度は４００ｄｐｉ，６００ｄｐｉ，１２００ｄｐｉ，２４００ｄｐｉ，３６００ｄｐｉなど、いずれのエンジン解像度でも適用可能である。しかし、１２００ｄｐｉ，２４００ｄｐｉ，３６００ｄｐｉ等の高解像度になった場合、記録密度に対してレーザスポット径がより大きくなる傾向にある。このため、前述した通り、低密度で記録をした場合に比べ細線再現性が低下するケースが多く、高解像エンジンでの本発明の適用はより効果が現れやすく好適である。

高解像度では１画素内での補正が難しいことや、高解像度ゆえに画像クロック周波数が高くなり補正の必要性も高まることから、高解像エンジンでの本発明の適用はより好適である。

次に、図３および図４を用いて、高精細な潜像の形成を実現する上で課題となる、本実施形態におけるレーザ走査パターンの現状と課題を説明する。

図３（ａ）は、１２００ｄｐｉの１ライン相当の細線を、１２００ｄｐｉのデータ解像度を用いて描画した場合の画像データ、および、三次元並びに二次元の光量分布を表す。図３（ｂ）は、１２００ｄｐｉの１ライン相当の細線細線を、２４００ｄｐｉのデータ解像度を用いて２ラインで像描画した場合の画像データ、および、三次元並びに二次元の光量分布を表す。両方の場合を比べると、２４００ｄｐｉの２ラインで像描画をした場合（図３（ｂ））の方が、光量分布のコントラストが低下していることが理解できる。両方の場合の積算光量は同等であるため、同等の光学スポット形状で、レーザパワーを半分にし、走査位置をずらして２度走査した場合、１度で走査した場合（図３（ａ））に比べ、形成される光量分布がなまってブロードになり、細線再現性が低下することが理解できる。

図４（ａ）は、１２００ｄｐｉの１ライン〜１スペース相当の繰り返しラインパターンを、１２００ｄｐｉのデータ解像度を用いて描画した場合の画像データ、および、三次元並びに二次元の光量分布を表す。図４（ｂ）は、１２００ｄｐｉの１ライン〜１スペース相当のラインパターンを、２４００ｄｐｉのデータ解像度を用いて２ラインで像描画した場合の画像データ、および、三次元並びに二次元の光量分布を表す。

両方の場合を比べると、１ライン描画した場合と同じく、２４００ｄｐｉの２ラインで像描画をした場合（図４（ｂ））の方が、光量分布のコントラストが低下していることが読み取れる。さらに、繰り返しの高密度パターンにした場合には、２ラインで像描画した方がスペースにあたる部分の光量分布レベルがより持ち上がることで図３の孤立ラインよりもコントラストがより低下し、その差がより顕著になることが理解できる。

以上の課題に鑑み、本発明の実施形態では、図５〜図８に示す通り、半導体レーザ駆動制御部２０が画像処理部１０からの入力画像データに応じて、入力画像の注目ラインに対し細線化処理と輝度補正処理を併せて行うようにした。細線化処理によって線幅の調整を行うひとで不足した分の光量は、輝度変調によって細線を高輝度化して補間する。このような本実施形態による処理によって、高精細な細線再現および、高密度な繰り返しパターンにおいても良好な細線再現を実現することができ、小ポイント文字の再現性も向上させることができる。

このときの線幅調整とレーザパワーに輝度変調を行う画素の決定には、公知のパターンマッチング技術や、フィルタ処理によるエッジ部・細線部抽出技術、文字フラグを使用した文字部検出技術を利用することができる。あるいは、それらを複合的に組み合わせた手法を利用することもできる。

このときの、パターンマッチングに用いるパターンサイズや、フィルタ処理に用いるフィルタサイズ等により、１ライン程度の極細線から、数ライン程度の線幅まで適応可能である。また、パターンマッチングのパターン種や数を工夫することで、単純なラインパターンのみならず、文字部などの複雑な形状をした画像部位に対しても本発明の適応が可能となる。さらには、複数の輝度変調レベルを有するレーザ駆動装置を用い、本発明を実施することもより好適である。

（実施形態１）
本実施形態では、図５（ａ）および（ｂ）に示す通り、２ｐｉｘｅｌ幅の横方向の注目ラインおよび斜め方向の注目ラインに対し、図５（ｃ）に示す１（横）ｘ４（縦）ｐｉｘｅｌの検出パターンによるパターンマッチングを注目ラインに対し行って線幅補正する。さらに、１ｐｉｘｅｌを高輝度化するよう線幅補正に加えて輝度変調を実施する。

半導体レーザ駆動制御部２０は、入力画像を２値化し、ＲＯＭ等に格納した検出パターンによるパターンマッチングを行い、注目ラインの縦に配列した２ｐｉｘｅｌを１ｐｉｘｅｌ幅の置換パターンに置き換える。さらに、この置換によって光量不足とならないよう、置換パターンの１ｐｉｘｅｌについて高輝度化して半導体レーザ２１を駆動するよう輝度変調処理を施して、半導体レーザ駆動制御部２０より出力する。したがって、図５（ａ）および（ｂ）に示される通り、入力画像の縦３画素が出力画像では縦２画素とされて細線化され、この２画素のうち例えば上の１画素（図中、濃い画素）が輝度変調されて光量不足が補正される。

ここで、本発明で用いる上記パターンマッチング手法を，図５を用いて説明する。

入力画像データの各画素に対し，図５（ｃ）に示す検出パターンを順次適合させていき，検出画素内のパターンのＯＮ／ＯＦＦが一致した場合に，図５（ｃ）記載の置換パターンに変換される。この様に，検出パターンを各画素に順次あてはめていき，一致した際に予め決められた置換パターンによって，画素の細線化とレーザーパワーの高輝度化をおこなうものである。このときの検出パターンには，図６で示すように横方向のものを使用することや，縦横を複合的に使用するもの。あるいは，二次元のパターンを使用することも可能である。また図７に示すように，検出パターンのサイズを大きくすることで，より幅の広いラインパターンの補正をおこなうことも可能である。

このときの変調されたレーザーパワーの輝度レベルについては，補正前の積算露光量と補正後の積算露光量が略等しくなることが好適である。例えば，２画素で構成されたラインパターンを，細線化処理を施し１画素でラインパターンを構成した際，補正前後で積算露光量が略等しくなるように，レーザーパワーの輝度変調レベルを略２倍にすることが好ましい。また，複数の輝度変調レベルを有するレーザー駆動装置を用い，予め変更後のレーザーパワーを多段階に設定し，周辺画素の条件に応じ，適宜微調整することも本発明を実施する上でより好適ある。このときの微調整の範囲としては，周辺画素の条件に応じ，補正前の積算露光量の０．８倍〜１．２倍の範囲で，所望のライン幅画像を得ることが可能である。

図６は、注目ラインおよび検出パターンが図５のものと垂直な場合を示している。
図６（ｃ）に示す如く９０度回転された４（横）ｘ１（縦）ｐｉｘｅｌの検出パターンにより、２ｐｉｘｅｌ幅の縦方向の注目ラインに対し１ｐｉｘｅｌ幅の置換パターンが得られ、かつ、置換パターンの１ｐｉｘｅｌは光量不足を補正するために輝度変調される。

上記の形態は孤立したライン画像に対し本発明を適用したものであるが、図７に示す例は、横方向の繰り返しラインについて上記と同様のパターンマッチングによる細線化と輝度変調を行ったものである。

なお、入力画像のうち文字画像を判定して、文字画像の部分について注目ラインを決定するようにすれば、小ポイント文字についても上記と同様の細線化と輝度変調を行うことができる。文字画像の判定は、例えば、センサからの信号を２値化した信号にシェーディング補正、黒補正、つなぎ処理、ＭＴＦ補正した後に周知の黒文字判定によって行うことができる。これは一例であって本発明を限定するものではない。

パターンマッチングにより選択された「強度変調画素」のレーザーパワーの設定値は，デバイスの特性や使用環境を鑑みて調整可能である。また，本実施例では，１種類のパターンマッチングを縦横に応用した例を示したが，このときのパターンマッチングに用いるパターンは複数種でも良い。また，「強度変調画素」のレーザーパワーの設定についても，強度変調が多段階であり，パターンマッチングに用いた各パターンに応じ，適宜変更することも可能である。

以上の通り、本実施形態によれば、小ポイント文字、孤立細線、高密度の繰り返し細線のいずれのに注目ラインに対しても、発光素子の発光強度を補正して該強度を高輝度化することで、従来例の課題を解決して、良好な細線再現性を実現することができた。すなわち、線幅の細らせ処理と、レーザパワーの高輝度化を同時に行うことで、レーザスポットの重なり合いによる光量分布のコントラスト低下を防ぎ、且つ、光量の不足を起こさず、良好な細線再現性を実現できる。

（実施形態２）
本実施形態では、図８（ａ）および（ｂ）に示す通り、３ｐｉｘｅｌ幅の横方向の注目ラインおよび斜め方向の注目ラインに対し、図８（ｃ）に示す１（横）ｘ５（縦）ｐｉｘｅｌの検出パターンによるパターンマッチングを注目ラインに対し行って線幅補正する。さらに、１ｐｉｘｅｌを高輝度化するよう線幅補正に加えて輝度変調を実施する。

本実施形態は実施形態１よりも幅の広い検出パターンを用いた例であり、実施形態１と同様、９０度向きが異なる注目ラインにも、繰り返しの高密度細線にも拡張することができる。また、検出パターンを最大１０ｐｉｘｅｌ幅として１０ｐｉｘｅｌ幅の注目ラインまでに適用することもでき、いずれの場合にも実施形態１と同様に小ポイント文字、孤立細線、高密度繰り返し細線のいずれについても良好な細再現性を実現することができる。検出パターン幅は最大１０ｐｉｘｅｌ幅であるから、それより狭くすることができる。

上記各実施形態による効果を従来技術と比較して表で示すと以下の通りである。

（他の実施形態）
本発明は上述のように、複数の機器（たとえばホストコンピュータ、インタフェース機器、リーダ、プリンタ等）から構成されるシステムに適用しても一つの機器（たとえば複写機、ファクシミリ装置）からなる装置に適用してもよい。

また、前述した実施形態の機能を実現するように各種のデバイスを動作させるように該各種デバイスと接続された装置あるいはシステム内のコンピュータに、前記実施形態機能を実現するためのソフトウェアのプログラムコードを供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（ＣＰＵあるいはＭＰＵ）を格納されたプログラムに従って前記各種デバイスを動作させることによって実施したものも本発明の範疇に含まれる。

またこの場合、前記ソフトウェアのプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード自体、およびそのプログラムコードをコンピュータに供給するための手段、例えばかかるプログラムコードを格納した記憶媒体は本発明を構成する。

かかるプログラムコードを格納する記憶媒体としては例えばフロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。

またコンピュータが供給されたプログラムコードを実行することにより、前述の実施形態の機能が実現されるだけではなく、そのプログラムコードがコンピュータにおいて稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）、あるいは他のアプリケーションソフト等と共同して前述の実施形態の機能が実現される場合にもかかるプログラムコードは本発明の実施形態に含まれることは言うまでもない。

さらに供給されたプログラムコードが、コンピュータの機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに格納された後そのプログラムコードの指示に基づいてその機能拡張ボードや機能格納ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も本発明に含まれることは言うまでもない。

本発明を適用し得る画像形成装置の概略構成を表わす構成図である。 図１の画像形成装置に使用される、半導体レーザを使用したスキャナタイプの画像露光ユニットを説明する図である。 従来技術の課題を説明する図である。 従来技術の課題を説明する図である。 本発明の実施形態１を説明する図である。 本発明の実施形態１を説明する図である。 本発明の実施形態１を説明する図である。 本発明の実施形態２を説明する図である。

符号の説明

１１ 像担持体
１２ 帯電ユニット
１３ 現像ローラ
１４ 転写ユニット
１５ 定着ユニット
１６ クリーニングユニット
１７ 画像露光ユニット
１８ 折り返しミラー
１９ 現像ユニット
２０ 半導体レーザ駆動制御部
２１ 半導体レーザ
２２ コリメータレンズ
２３ シリンドリカルレンズ
２４ ポリゴンミラー
２５ ｆ−θレンズ
２６ 折り返しミラー位置
２７ 感光ドラムの像面
２８ 走査方向

Claims (6)

1. 入力画像に応じて駆動される発光素子からの光で像坦持体を露光走査して形成した潜像に基づいて記録媒体に出力画像を形成する画像形成装置において、
   前記入力画像の注目ラインを細線化する細線化手段、および、
   細線化された該注目ラインについて、前記発光素子の発光強度を補正して該強度を高輝度化する輝度補正手段を備えたことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記注目ラインを、フィルタ処理を用いて決定することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記注目ラインを、パターンマッチングを用いて決定することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
4. 前記注目ラインを、該ラインの長さ方向に対して垂直な方向に配列されたｎ画素からなる検出パターンを用いて検出し、検出した前記注目ラインを該垂直な方向に配列されたｎ画素よりも少ない画素からなる置換パターンに置き換えて細線化し、
   該ｎ画素よりも少ない画素のうち少なくとも１つを除いた画素について前記発光素子の発光強度を補正することを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記入力画像の文字部を判定する判定手段をさらに備え、
   判定された該文字部について前記注目ラインを決定することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の画像形成装置。
6. 前記注目ラインの幅は１０画素に相当する幅またはそれよりも狭いことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の画像形成装置。

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